CC BY
12
Выполнение магнитной цепи инерционного датчика замкнутой повышает сохраняемость его параметров при воздействии внешних электромагнитных полей в течение длительного срока эксплуатации.
Предложенные варианты возможной оптимизации магнитной системы датчика обеспечивают более точную настройки параметров его срабатывания, расширяют диапазон возможных уставок - пороговых значений ускорений срабатывания и увеличивают продолжительности замкнутого состояния контактной системы при ударном воздействии.
Стоимость подобного простейшего прибора при изготовлении на серийных предприятиях отрасли не будет превышать 5% от стоимости изготовления приборов ИВ7, ИВ3 0, ИВ31.
Оригинальные решения конструкторских задач, показанные на примере разработки малогабаритного инерционного датчика, могут быть полезны инженерам-конструкторам, создающим электромеханические приборы для систем автоматики изделий.
УДК 621.316
Китаев В.Н., Дремков М.А., Уралёв А.А.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия
КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА
В статье представлены результаты работ по созданию надежной контактной системы для коммутирующих устройств, эксплуатируемых в условиях агрессивных внешних сред и широких диапазонах температур и жестких виброударных воздействиях. Разработанная контактная система обеспечивает стабильные электрические параметры в течении длительных сроков эксплуатации Ключевые слова:
СТАБИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ДЛИТЕЛЬНЫЕ СРОКИ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ГЕРМЕТИЧНАЯ КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА, СОХРАНЕНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНТАКТОВ
В устройствах автоматики, которые используются для коммутации электрических цепей технических объектов, должны применяться контактные системы, имеющие стабильные электрические параметры в течение длительных сроков эксплуатации при жестких внешних климатических факторах. На настоящее время разработано множество конструкций контактных систем приборов [1-4].
Известные контактные системы имеют стабильное переходное электрическое сопротивление, обеспечивает надежную работу при ударных и вибрационных воздействиях. Однако их применение возможно только в герметичных приборах, то есть их область применения ограничена.
В ряде коммутирующих устройств необходимо обеспечить переключение контактных систем от внешних управляющих поворотных или поступательно перемещающихся конструктивных элементов. В этом случае герметизация контактных систем коммутирующих систем является сложной конструкторской задачей.
Пример оригинального решения подобной конструкторской задачи для приборов и устройств, коммутирующих электрические цепи технических систем в широких областях применения, приведен в настоящей работе.
При проведении на предприятии соответствующей опытно-конструкторской работы по разработке электромеханического датчика положения крыла летательного объекта был достигнут требуемый технический результат по созданию контактной системы, соответствующий условию «изобретательский уровень».
В контактной системе, содержащей корпус из немагнитного материала, изолирующий внутренний объем переключателя, помещенные в корпус установленные парами подвижные упругие контакты, неподвижные контакты, поворотный перемыкатель с толкателями, согласно изобретению перемыкатель оснащен постоянными магнитами чередующейся полярности, расположенными диаметрально и соединенными кольцевым магнитопроводом, снаружи корпус имеет осевой выступ, оснащенный поворотной втулкой, снабженной дополнительными аналогичными постоянными магнитами чередующейся полярности, соединенными дополнительным кольцевым магнитопроводом, причем угол поворота поворотной втулки превышает угол поворота перемыкателя, а угловая ширина магнитов не меньше половины разности угла поворота поворотной втулки и угла поворота перемыкателя, при этом на неподвижных контактах установлены консольные элементы с возможностью поворота, а в корпусе между каждой парой подвижных упругих контактов закреплено по одному упору из изоляционного материала, взаимодействующего поочередно с каждым подвижным упругим контактом в исходном и переключенном состояниях контактной системы.
Оснащение перемыкателя диаметрально расположенными постоянными магнитами чередующейся полярности, соединенных кольцевым магнитопрово-дом, и организация снаружи на корпусе осевого выступа с размещенной поворотной втулкой с установленными дополнительными аналогичными постоянными магнитами, также соединенными дополнительным кольцевым магнитопроводом, позволяет осуществлять переключение контактной системы через герметичную стенку корпуса, изолирующего контактную систему от воздействия внешней окружающей среды, зачастую с неконтролируемой влажностью.
Выполнение условий по величинам и соотношению углов поворота внешней поворотной втулки, пере-мыкателя и угловой ширине магнитов обеспечивает повышение надежности переключения контактной системы и надежности сохранения (удержания) исходного и переключенного состояния в том числе и при воздействии высокоинтенсивных эксплуатационных вибраций и ударных ускорений.
Установка на неподвижных контактах консольных элементов с возможностью поворота при настройке контактной системы, и закрепление в корпусе между каждой парой подвижных упругих контактов упоров из изоляционного материала, взаимодействующих поочередно с каждым подвижным упругим контактом в исходном и переключенном состояниях контактной системы, позволяет выполнять контактную систему с тремя и более парами надежных контактов, что, несомненно, расширяет возможные области применения разработанной контактной системы.
Конструкция контактной системы приведена на рисунках 1-10.
На рисунке 1 приведен осевой разрез контактной системы.
На рисунке 2 - разрез А-А на рисунке 1.
На рисунке 3 - разрез Б-Б на рисунке 1, конструкция перемыкателя.
На рисунке 4 - разрез В-В на рисунке 1, конструкция внешней поворотной втулки. Контактная система в исходном состоянии.
На рисунке 5 - разрез В-В на рисунке 1. Контактная система в переключенном состоянии.
На рисунке 6 - контактная система в исходном состоянии (корпус не показан).
На рисунке 7 - контактная система в переключенном состоянии (корпус не показан).
Контактная система (рисунки 1 - 7) содержит корпус 1, в который установлена колодка 2 с то-ковыводами 3 на стеклоизоляторах 4. Корпус 1 выполнен из немагнитного материала, например нержавеющей хромо-никелевой стали типа 12Х18Н10Т. На токовыводах 3 установлены упругие контакты 5 и консольные элементы 6. Между каждой парой упругих контактов 5 расположены упоры 7, выполненные на изоляторе 8, закрепленном на колодке 2. Консольные элементы 6 обеспечивают регулировку одновременного замкнутого состояния всех
упругих контактов 5 в исходном и переключенном состояниях контактной системы. Использование консольных элементов 6 обеспечивает реализацию контактной системы с малым разбросом углов замыкания всех ее контактов. На оси 9, ввинченной в колодку 2, установлен перемыкатель 10 с расположенными диаметрально двумя постоянными магнитами 11 чередующейся полярности, выполненными например из самарий-кобальтового материала. Разноименные полюса магнитов 11 соединены кольцевым магнитопроводом 12, выполненным из магнитомяг-кого металла, например электротехнической стали. Кольцевая форма магнитопровода 12 является наиболее оптимальной при имеющемся пространстве в зоне продольной оси переключателя. В перемы-кателе 10 закреплены сваркой толкатели 13 с изоляторами 14. Перемыкатель 10 выполнен из немагнитного материала, например латуни или бронзы. На цилиндрическом выступе 15 корпуса 1 установлена поворотная втулка 16, также из немагнитного материала, например из латуни или бронзы. На поворотной втулке 16 закреплены дополнительные постоянные магниты 17 чередующейся полярности, аналогичные постоянным магнитам 11. Разноименные полюса постоянных магнитов 17 также соединены дополнительным кольцевым магнитопроводом 18. В поворотной втулке 16 с магнитопроводом 18 выполнен паз 19 для кинематической связи поводковой муфтой с устройством привода прибора или ручкой переключения ручного переключателя, в котором используется контактная система (последние на чертежах не показаны).
На рисунках 1-7 показан пример использования контактной системы в качестве концевого поворотного переключателя для контроля крайних угловых положений поворотного элемента технического объекта (на чертежах не показан).
Угловая ширина постоянных магнитов 11 и 17, выполненных в виде секторов, например фм=3 0о. Угол поворота внешней поворотной втулки 16 фв=60о. Угол поворота привода контактов 10 фп=30°. При предложенных угловых размерах выполняется соотношение: фм ^ ( фв - фп)/2 и обеспечивается перекрытие постоянных магнитов 11 и 17 в исходном и переключенном состояниях Дф = 15°, обеспечивающее удержание контактной системы в исходном и переключенном состояниях соответственно. Зона (площадь) перекрытия 20 показана на рисунках 4, 5 заштрихованной.
Наибольшая угловая ширина постоянных магнитов 11 и 17 может быть ограничена условием их гарантированного расположения (с учетом взаимного поворота при переключении контактной системы), например, в области 180°. Должно выполняться соотношение: 2 фм - Дф < 180°. Для выполнения приведенного условия можно ограничиться наибольшей угловой шириной постоянных магнитов 11 и 17 фм=90°.
При увеличенной угловой ширине постоянных магнитов 11 и 17 появляется дополнительный эффект - дополнительное усилие (момент) взаимодействия магнитных систем (из-за взаимного отталкивания взаимно противоположно расположенных постоянных магнитов 11, 17), также способствующее повышению надежности переключения и сохранению исходного и переключенного состояний контактной системы, в том числе и при воздействии высокоинтенсивных вибраций и ударных ускорений. Каждый постоянный магнит 17 притягивает соответствующий постоянный магнит 11 и одновременно отталкивает другой, противоположно расположенный постоянный магнит 11.
Контактная система работает следующим образом.
При повороте поворотной втулки 16 через паз 19 поводковой муфтой из состава прибора, в котором используется контактная система (на чертежах не показан) на угол фв ~ 60°, расположенные на ней постоянные магниты 17, взаимодействуя с постоянными магнитами 11, повернут перемыкатель 10 на угол фп * 30°, который своими толкателями 13 отожмет соответствующие упругие контакты 5 от
выступов 7 и обеспечит их прижатие к соответствующим консольным элементам 6 (контакты замкнутся). Неудерживаемые толкателями другие упругие контакты 5 отойдут от соответствующих консольных элементов 6 (контакты разомкнутся) и прижмутся к упорам 7. Угол поворота поворотной втулки 16, превышающий угол поворота перемыка-теля 10, обеспечит взаимное смещение постоянных магнитов 11 относительно постоянных магнитов 17, создающее надежное удержание в направлении Г пе-ремыкателя 10, следовательно, и соответствующих упругих контактов 5 в замкнутом состоянии.
При повороте внешней поворотной втулки 16 в противоположном направлении контактная система переключается в исходное состояние аналогичным образом.
Разработанная контактная система, обеспечивающая ее переключение и удержание переключенного состояния через герметичную стенку корпуса, перспективна для коммутирующих устройств различ-ны:с областей применения.
Рисунок 3
Ж
Рисунок 5
Рисунок 7
ЛИТЕРАТУРА
1 Патент РФ №2552349, МПК Н01Н 1/42, опубликовано 10.06.2015, бюл. №16.
2 Патент РФ №2193800, МПК Н01Н 35/14, опубликовано 27.11.2002, бюл. №33.
3 Китаев В.Н., Китаева Е.Н., Новоселова Н.В. Конструкция контакта для контактной системы электромеханического прибора, Надежность и качество -2013.: труды Международного симпозиума.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. - Пенза.: Изд-во ПГУ, 2013. - 2 т. - 418 с., с. 131-132.
4 Китаев В.Н. Конструкция контактной системы электромеханического прибора. Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»: в 2 т. - Пенза: ПГУ, 2015. - 2 т. - 361 с., с. 110-111.
УДК: 621.316.54
Китаев В.Н. , Сафонов Д.И., Титов Е.В., Хованова Е.К.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ВКЛЮЧАТЕЛЬ
Рассматривается возможность создания прибора - гидростатического включателя, надежного в условиях высокоинтенсивных эксплуатационных вибраций и ударных ускорений, безопасного при эксплуатации в составе объекта применения и при возможных аварийных ситуациях, имеющего большое количество контактов для коммутации электрических цепей различных систем объекта применения
Ключевые слова:
ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, ПОВОРОТНЫЙ ЯКОРЬ, и-ОБРАЗНЫЕ УПРУГИЕ КОНТАКТЫ
В соответствии с нормативной документацией, действующей в отрасли, разработки предприятий, должны предусматривать в своем составе физфак-торные приборы предохранения, функции которых обычно выполняют пороговые электромеханические приборы, коммутирующие электрические цепи систем объектов применения.
Предприятием разработаны и разрабатываются инерционные включатели ИВ7, ИВ30, ИВ31, приборы разности динамического и статического давлений МП80, МП83, используемые в качестве физфакторных приборов предохранения.
Для оснащения разрабатываемых предприятием технических объектов потребовалось проведение ОКР по разработке гидростатическго включателя -устройства предохранения УП4, не уступающего по надежности и безопасности ранее разработанным приборам и имеющего значительно большее количество контактов для коммутации электрических цепей объекта применения. По результатам анализа технических решений известных гидростатических
приборов и проведенных проработок возможных конструкций [1] было создано новое (на уровне изобретения) техническое решение гидростатического включателя УП4 [2], в соответствии с формулой изобретения содержащей корпус с закрепленной упругой мембраной, взаимодействующей через шток с контактной системой, и снабженного поляризованным электромагнитом с двумя устойчивыми угловыми положениями поворотного якоря, при этом на торце штока выполнены радиальные выступы, взаимодействующие с размещенными симметрично на торце поворотного якоря Г-образными выступами посредством осевого перемещения поджатого пружиной штока при срабатывании мембраны, выполненной прощелкивающейся, причем половина суммы угловой ширины Г-образного выступа и каждого радиального выступа не превышает угол поворота якоря поляризованного электромагнита, а контактная система содержит размещенные вокруг штока и-образные упругие контакты, установленные на втулках, размещенных на токовыводах двух уровней, при этом плечи каждого контакта поджаты
